DISEÑO DE PRODUCTO PARA MANUFACTURA

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1. Introducción

Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona' y la menor 'piñón'. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía y es conocida como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido.1 Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina 'tren.

La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la transmisión por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene exactitud en la relación de transmisión.

1.1 Antecedentes

Desde épocas muy remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados en madera para solucionar los problemas de transporte, impulsión, elevación y movimiento. Nadie sabe a ciencia cierta dónde ni cuándo se inventaron los engranajes. La literatura de la antigua China, Grecia, Turquía y Damasco mencionan engranajes pero no aportan muchos detalles de los mismos.

El mecanismo de engranajes más antiguo de cuyos restos disponemos es el mecanismo de Anticitera. Se trata de una calculadora astronómica datada entre el 150 y el 100 a. C. y compuesta por al menos 30 engranajes de bronce con dientes triangulares. Presenta características tecnológicas avanzadas como por ejemplo trenes de engranajes epicicloidales que, hasta el descubrimiento de este mecanismo, se creían inventados en el siglo XIX. Por citas de Cicerón se sabe que el de Anticitera no fue un ejemplo aislado sino que existieron al menos otros dos mecanismos similares en esa época, construidos por Arquímedes y por Posidonio. Por otro lado, a Arquímedes se le suele considerar uno de los inventores de los engranajes porque diseñó un tornillo sin fin.

1.2 Tipos de Engranajes

La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:

1.2.1 Ejes Paralelos

• Cilíndricos de dientes rectos

• Cilíndricos de dientes helicoidales

• Doble helicoidales

1.2.2 Ejes perpendiculares

• Helicoidales cruzados

• Cónicos de dientes rectos

• Cónicos de dientes helicoidales

• Cónicos hipoides

• De rueda y tornillo sin fin

1.2.3 Por aplicaciones especiales se pueden citar

• Planetarios

• Interiores

• De cremallera

1.2.4 Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar

• Transmisión simple

• Transmisión con engranaje loco

• Transmisión compuesta. Tren de engranajes

1.2.5 Transmisión mediante cadena o polea dentada

• Mecanismo piñón cadena

• Polea dentada

1.2.6 Eficiencia de los reductores de velocidad

En el caso de Winsmith oscila entre el 80% y el 90%, en los helicoidales de Brook Hansen y Stöber entre un 95% y un 98%, y en los planetarios alrededor del 98% o (98^# de etapas).

1.3 Engranajes Cónicos

Los engranajes cónicos tienen forma de tronco de cono y permiten transmitir movimiento entre ejes que se cortan. Sus datos de cálculo se encuentran en prontuarios específicos de mecanizado.

1.3.1 Engranajes cónicos de dientes rectos

Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto aunque no es el único ángulo pues puede variar dicho ángulo como por ejemplo 45, 60, 70, etc., por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°. Estos engranajes generan más ruido que los engranajes cónicos helicoidales. En la actualidad se usan muy poco.

1.3.2 Engranaje cónico helicoidal

Se utilizan para reducir la velocidad en un eje de 90°. La diferencia con el cónico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de un funcionamiento relativamente silencioso. Además pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. Los datos constructivos de estos engranajes se encuentran en prontuarios técnicos de mecanizado. Se mecanizan en fresadoras especiales, en la actualidad Se utilizan en las transmisiones posteriores de camiones y automóviles.

1.3.3 Engranaje cónico hipoide

Un engranaje hipoide es un grupo de engranajes cónicos helicoidales formados por un piñón reductor de pocos dientes y una rueda de muchos dientes, que se instala principalmente en los vehículos industriales que tienen la tracción en los ejes traseros. Tiene la ventaja de ser muy adecuado para las carrocerías de tipo bajo, ganando así mucha estabilidad el vehículo. Por otra parte la disposición helicoidal del dentado permite un mayor contacto de los dientes del piñón con los de la corona, obteniéndose mayor robustez en la transmisión. Su mecanizado es muy complicado y se utilizan para ello máquinas talladoras especiales (Gleason).

1.4 Nomenclatura

Paso circular .- es la distancia medida sobre la circunferencia de paso entre determinado punto de un diente y el correspondiente de uno inmediato, es decir la suma del grueso del diente y el ancho del espacio ente dos consecutivos.

En los engranes helicoidales, por su naturaleza (dientes en hélice ) , va a tener dos pasos,

Pn = paso circular normal

Pt = paso circular transversal

Relacionados por la siguiente ecuación

Nótese que cuando ψ = 0 entonces Pn =Pt

Donde ψ es el αngulo de hélice

Circunferencia de paso .- es un circulo teórico en el que generalmente se basan todos los cálculos; su diámetro es el diámetro de paso.

Supongamos que un plano oblicuo a b corta al engrane según ψ en un arco, este arco tiene radio de curvatura R, si ψ = 0 entonces R = D/2 ; si ψ crece hasta llegar a 90˚ entonces R = ∞ ; por lo tanto se entiende que cuando ψ crece R tambiιn lo hace

En los engranajes helicoidales el radio de paso es R

Modulo (m).- es la relación del diámetro de paso al numero de

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